JP6692424B2 - 最適化されたボス支持 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念部の特徴に則した、クーリングチャンネルを有する上側部分と、ピン孔を有する下側部分とから組み立てられ、上側部分と下側部分とは、向かい合う載置面を有し、両部分は、少なくとも１つのねじ結合により一体に保持される、ピストンに関する。

このような組立形ピストン（大型ピストンともいう）は、公知である。このようなピストンの上側部分は、ピストンの下側部分とは別に、下側部分と同じか、または異なる方法で、かつ下側部分と同じか、または異なる材料から製造され、両部分は、向かい合う載置面を介して合体される。両部分の永続的な結合は、少なくとも１つのねじ結合により実施される。

このピストンは、内燃機関、例えば機関車、船舶等の内燃機関において使用され、例えば乗用車の内燃機関用のピストンに比べて遙かに大きな寸法を有している。これに応じて負荷が高いばかりか、ピストンのサイズに基づいて重量もある。

それゆえ本発明の根底にある課題は、内燃機関内での要求を満たすために必要な強度を維持しつつ、重量が軽減されている内燃機関用のピストン、特に大型ピストンを提供することである。

この課題は、請求項１の特徴により解決されている。

本発明により、下側部分は、下側部分の内側領域からピン孔の頂点の上方に、外周部に向かって方向付けられた凹部を有するとともに、外側領域から、同じく外周部に向かう少なくとも１つのウェブをピン孔の上方に有する。本発明によれば、このピストンの場合、重量を削減するために、ピストンの内側領域において特定箇所に絞って材料が除去される。材料のこの除去は、内燃機関の運転中の燃焼圧の結果としてのピストンの負荷が低下されている箇所で行われる。特に材料の除去は、上側部分が下側部分のための１つの載置面を有し、下側部分が上側部分のための対応する１つの載置面を有するピストンにおいて、ピストンの内側領域で行われる。しかし、１つより多くの、特に取り巻くように延びる載置面が設けられていてもよい。下側部分が、燃焼圧に基づく上側部分の変形の結果として、凹部（材料の除去）により弱化されるため、本発明によればさらに、同じく外周部に向かってピン孔の上方にウェブが設けられている。ピストン行程軸線に対して平行に延びる少なくとも１つのこのウェブは、上側部分の下面を直接支持する。これとは異なり、下側部分は、下側部分の上縁に、取り巻くように延びるウェブを有し、このウェブに対して、ピン孔の頂点の上方に配置されるウェブが、垂直に配置されていてもよい。

本発明によれば、これにより重量は、ピストンの下側部分の内側領域内での凹部の実現により材料を減らすことで軽減され、同時に強度は、ピン孔の上方において外面に設けられたウェブにより向上される。

本発明の別の態様において、単一のウェブがピン孔の頂点の上方に設けられている。これとは異なり、例えば互いに間隔を置いて平行に延びる２つのウェブを設けることも可能であるが、単一のウェブとすることは、一方では、上側部分の必要な支持を、まさにその最大の変形が起こる領域で保証し、さらには、このようなウェブを有しないピストンと比較して追加的な重量を増さず、これにより、ピストンの下側部分の内側領域に設けられた凹部により軽量化を実現することができるため、特に有利である。

本発明の別の態様において、少なくとも１つのウェブの側方に少なくとも１つの凹部が下側部分内に設けられている。このような別の凹部は、ピン孔を取り囲むこのような箇所（ピンボス）において材料を除去し、これにより、下側部分の強度を全くまたは実質的に弱めないという利点を有している。ウェブと、ウェブの側方の凹部との組み合わせにより、これにより必要な強度を維持しつつ、さらに材料を減らすことができる。

本発明の別の態様において、ピストンの内側領域に設けられた凹部は、丸み付けられた領域を介して下側部分の内側領域に移行する。これにより、内側領域から凹部への角張った移行部は、効果的に回避され、その結果、これにより、内燃機関内でのピストンの運転中のこの領域における亀裂形成も、効果的に回避される。

本発明の別の態様において、下側部分は、下側部分の内側領域に設けられた凹部の上方に、上側部分内に位置する内側領域に向かう貫通開口を有する。この貫通開口を通して例えば冷却オイルが、上側部分内のこの内側領域内に噴射され得る。さらにクーリングチャンネルから、上側部分内のこの内側領域への接続が形成されていてもよく、これにより、リング領域の裏に位置し、取り巻くように延びるリング形のクーリングチャンネルと、上側部分内の内側領域との間で、冷却オイルを交換することができる。この場合も、下側部分の内側領域内に設けられた凹部が、この貫通開口に好ましくは丸み付けられて移行していると、有利である。これにより、さらに材料を削減し、亀裂形成を回避することができる。

以下に、本発明について図面を参照しながら詳述し、さらに説明する。

ピストンの一実施例を示す図である。 ピストンの一実施例を示す図である。 ピストンの一実施例を示す図である。 ピストンの一実施例を示す図である。 ピストンの一実施例を示す図である。 ピストンの一実施例を示す図である。 凹部の形状に関する第１の実施例を示す図である。 凹部の形状に関する第１の実施例を示す図である。 凹部の形状に関する第１の実施例を示す図である。 凹部の別の一形態を示す図である。 凹部の別の一形態を示す図である。 凹部の別の一形態を示す図である。 凹部とウェブとの協働関係を示す図である。 凹部とウェブとの協働関係を示す図である。

図１ないし６には、ピストン１の一実施例をそれぞれ異なる見方および図法（線図および３次元図）で示している。ピストン１は、上側部分２と下側部分３とを備えている。上側部分２は、それ自体は公知の形式で構成されており、少なくとも１つのリング領域（本実施例では３つのリング溝）を有し、同様に例えば１つの燃焼室くぼみ、弁リセス等を有している。上側部分２を下側部分３と組み立てることで、クーリングチャンネル４が形成され、このために両部分２，３は、互いに対応する下向きあるいは上向きに開口するリング形の凹部を有している。符号５は、内側領域を指しており、内側領域５は、同じく両部分２，３を組み立てることで生じる。

下側部分３は、ピン孔６を有している（ピン孔６は、符号を付して詳細に示すことはしないが、取り巻くように位置するピンボスを有している）。ピン孔６の、符号を付して詳細に示すことはしないピン軸線を通って、ピストン行程軸線７が延びており、符号８は、ピン孔６の、上側に位置する頂点を指している。さらに下側部分３は、内側領域５に向かって方向付けられた貫通開口９を有し、同様にピストンスカートその他の、ピストン１の下側部分３の機能を実現するそれ自体は公知の要素を有している。

本発明によれば、下側部分３は、下側部分３の内側領域に凹部１０を有し、凹部１０は、ピン孔６の頂点８の上方に配置されている。図１ないし４に極めて良好に看取可能であるように、凹部１０は、下側部分３の内側領域からピストン１の外周部に向かって延びており、外周部に開口していない。図１ないし６に示した実施例では、凹部１０は、有利な形態を呈した形状付与を有しており、このとき、凹部１０の縁部領域は、丸み付けられた移行部１１を介して下側部分３の内側領域に移行している。

図４に関してさらに附言すると、上側部分２は、ねじ結合１２により下側部分３に結合（ねじ止め）されている。図４に示したねじ結合１２は、補足しておくと、概略的に示したにすぎないため、確かに図示はしていないものの、下側部分３内には、ねじ用の貫通開口が設けられており、ねじは、この開口に下から挿通され、上側部分２内に設けられた対応するねじ山に螺入される。このねじ結合１２は、周囲にわたって分配された複数箇所、少なくとも２箇所に設けられている。

図５には、凹部１０に対応するウェブ１３が看取可能であり、ウェブ１３は、同じくピン孔＋６の頂点８の上方に配置されている。このウェブ１３は、ピン孔６を取り巻くピンボスの表面から盛り上がっている。さらなる軽量化のために、ウェブ１３の側方（ウェブ１３の右側もしくは左側のみ、またはその両側）に凹部１４が設けられている。亀裂形成を回避すべく、ウェブ１３は、他方、丸み付けられて凹部１４の底部あるいはピンボスの対応する領域へと移行している。ウェブ１３の上端は、上側部分２の下面に直接支持されていてもよく、そして図５には、下側部分３がその上端にピストンスカートの両側縁間において弧形のウェブ部分を有し、ウェブ部分がウェブ１３により支持されることが看取可能である。ピストンスカートの両側縁間のこの弧形のウェブ部分により、上側部分２から下側部分３への、少なくとも１つのウェブ１３を介した改善された力導入と力分配とが実現される。

図７ないし９は、凹部１０の形状に関する第１の実施例を示している。図７ないし９には、下側部分３内における凹部１０の位置も、極めて良好に看取可能である。特に図８について附言すると、図８からは、凹部１０が、下側部分３の内側領域からピストン１の外周部（図８で見てハッチングを施した領域の右端）に向かって延在することが看取可能である。

凹部１０の別の一形態は、図１０ないし１２に示してある。図１０ないし１２には、とりわけ、凹部１０が、丸み付けられた移行部１１を介して下側部分３の内側領域に移行することが看取可能である。

もちろん、例えば図７および１０に示したものとは別形状の凹部１０も可能である。同様に、図７ないし９に示した凹部１０にも、丸み付けられた移行部１１を設けてもよい。

図１３および１４には、凹部１０とウェブ１３との協働関係が極めて良好に看取可能である。特に図１３を見ると、下側部分３が、下側部分３の内側領域からピン孔６の頂点８の上方に、外周部１５に向かって方向付けられた凹部１０を有するとともに、外側領域（ピンボスの上側の領域）から少なくとも、同じく外周部１５に向かうウェブ１３をピン孔６の上方に有することが明白である。同様に、ウェブ１３を取り囲むように再びそれぞれ１つの凹部１４が設けられていることが、極めて良好に看取可能である。

図１４は、再度、下側部分３を３次元図で示しており、この図１４の上側の部分には、下側部分３が段部を有することが極めて良好に看取可能であり、段部は、上側部分２用の載置面を形成している。

補足のために附言すると、ピストン１の回転対称の構成に基づいて、凹部１０と、凹部１０と相関関係にあるウェブ１３とは、本発明によれば（例えば図１３に示すように）それぞれ鏡面対称にピストン行程軸線７の両側、すなわちピン孔６毎に設けられている。このことは、「ピン孔」なる概念が、下側部分３内に設けられたそれぞれ１つの孔と解され、それぞれの孔内に、ピストンピンのそれぞれ一端が配置され、その中間領域に、コンロッド小端が収容されることを意味している。

１ ピストン
２ 上側部分
３ 下側部分
４ クーリングチャンネル
５ 内側領域
６ ピン孔
７ ピストン行程軸線
８ 頂点
９ 貫通開口
１０ 凹部
１１ 丸み付けられた移行部
１２ ねじ結合
１３ ウェブ
１４ 凹部
１５ 外周部

Claims (6)

1. クーリングチャンネル（４）を有する上側部分（２）と、ピン孔（６）を有する下側部分（３）とから組み立てられ、前記上側部分（２）と前記下側部分（３）とは、向かい合う載置面を有し、両前記部分（２，３）は、少なくとも１つのねじ結合（１２）により一体に保持される、ピストン（１）であって、
   前記下側部分（３）は、前記下側部分（３）の内側領域から前記ピン孔（６）の頂点（８）の上方に、外周部（１５）に向かって方向付けられた凹部（１０）を有するとともに、外側領域から、同じく前記外周部（１５）に向かう少なくとも１つのウェブ（１３）を前記ピン孔（６）の前記頂点（８）の上方に有する、
   ことを特徴とするピストン（１）。
2. 単一のウェブ（１３）が前記ピン孔（６）の前記頂点（８）の上方に設けられていることを特徴とする、請求項１記載のピストン（１）。
3. 前記少なくとも１つのウェブ（１３）の側方に少なくとも１つの凹部（１４）が前記下側部分（３）内に設けられていることを特徴とする、請求項１または２記載のピストン（１）。
4. 前記凹部（１０）は、丸み付けられた領域（１１）を介して前記下側部分（３）の前記内側領域に移行することを特徴とする、請求項１、２または３記載のピストン（１）。
5. 前記下側部分（３）は、前記凹部（１０）の上方に、前記上側部分（２）内に位置する内側領域（５）に向かう貫通開口（９）を有することを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載のピストン（１）。
6. 前記凹部（１０）は、丸み付けられて前記貫通開口（９）に移行することを特徴とする、請求項５記載のピストン（１）。

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